淺談煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用

1、淺談煤礦沖擊地壓防治技術(shù)研究與應(yīng)用    摘要：通過對煤礦發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象的現(xiàn)狀、特點(diǎn)及影響因數(shù)分析，提出并制定了適合條件的沖擊地壓危險(xiǎn)預(yù)測方法和解危措施 關(guān)鍵字：沖擊地壓；解危措施；效果檢驗(yàn)；安全開采。 Abstract: through the analysis of coal mine rockburst phenomenon present situation, characteristics and influence factor analysis, put forward and make the prediction method and

2、 controlling measures of rockburst hazard for conditions Keywords: rockburst; controlling measures; effect evaluation; safety mining. 中圖分類號：TD3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號： 1. 沖擊地壓的特征 沖擊地壓是采場周圍煤巖體,在其力學(xué)平衡狀態(tài)破壞時,由于彈性變形能的瞬間釋放而產(chǎn)生一種以突然、急劇、猛烈破壞為特征的動力現(xiàn)象。沖擊地壓是一種特殊的礦山壓力顯現(xiàn)。其顯現(xiàn)強(qiáng)度特征一般為弱沖擊、強(qiáng)沖擊、彈射、礦震、巖爆、煤炮、沖擊波、彈性振動等,常伴有煤巖體拋出、巨響及

3、氣浪等現(xiàn)象;其發(fā)生突然劇烈,沖擊波力量巨大,瞬間摧毀巷道、采煤工作面和設(shè)備,傷擊人員。 煤礦沖擊地壓顯現(xiàn)主要表現(xiàn)在2個方面: 一、是礦井表現(xiàn)出明顯的動力現(xiàn)象，在巷道的開拓掘進(jìn)與工作面生產(chǎn)過程中經(jīng)常聽到煤炮聲； 二、是部分巷道圍巖穩(wěn)定性較差，巷道支架損壞、底鼓嚴(yán)重、兩幫變形量增大，巷道維護(hù)困難。通過某煤礦的現(xiàn)場觀測和礦壓資料收集，對煤礦的礦山壓力現(xiàn)象進(jìn)行了總結(jié)，其特點(diǎn)如下： 1、突發(fā)性、偶然性。例如某礦九采區(qū)已開采完5個工作面，未發(fā)生過沖擊地壓事故，該次事故發(fā)生前現(xiàn)場也沒發(fā)現(xiàn)應(yīng)力變化的前兆信息，事故具有明顯的突發(fā)性、偶然性。 2、瞬時性。破壞過程持續(xù)時間相當(dāng)短暫，并產(chǎn)生了強(qiáng)烈震動，強(qiáng)大的沖擊波造

4、成了大量煤塵飛揚(yáng)，發(fā)出振動和響聲，巨大的能量在瞬時被釋放。 3、巨大的破壞性。動力現(xiàn)象發(fā)生后損壞支架、破壞巷道甚至造成人員傷亡。巷道頂?shù)装?、兩幫移近量大，巷道破壞較嚴(yán)重。 4、有別于瓦斯突出。在動力現(xiàn)象發(fā)生后，通過現(xiàn)場進(jìn)行瓦斯含量測量發(fā)現(xiàn)瓦斯含量沒有明顯增加，這就否定了煤與瓦斯突出的可能性。 2沖擊地壓發(fā)生的原因 沖擊地壓發(fā)生原因有內(nèi)因、外因兩種因素:內(nèi)因包括煤層本身的物理屬性、煤層原巖應(yīng)力狀態(tài);外因包括采深、采動集中應(yīng)力(主要為超前支承壓力、煤柱集中應(yīng)力等)、放炮誘發(fā)等。 （一）沖擊地壓發(fā)生的內(nèi)因 1、煤層具有沖擊傾向性 沖擊地壓的發(fā)生與煤巖體物理力學(xué)性質(zhì)有直接關(guān)系。煤炭科學(xué)研究總院北京開采

5、研究所對華豐煤礦4層煤沖擊傾向性試驗(yàn)結(jié)果表明,華豐煤礦4層煤具有強(qiáng)烈沖擊傾向性,其直接頂具有中等沖擊傾向性。 2、礫巖活動是發(fā)生沖擊地壓的主要力源 該煤礦4層煤上方基本頂為70余米厚的砂巖層,隨著工作面的推進(jìn)周期性跨落;其上為40余米厚的紅土層,隨基本頂?shù)目缏涠鴱澢鲁?再上部為500800 m的巨厚礫巖層,礫巖層完整性較強(qiáng),抗壓及抗拉強(qiáng)度均較大,采后不易冒落下沉,導(dǎo)致礫巖層與紅土層之間產(chǎn)生離層空間。隨著采空面積的加大,巨厚礫巖層形成板狀懸空巖梁,礫巖層原來的應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變,從而增加了未采4層煤的應(yīng)力水平。當(dāng)板狀礫巖層懸露面積達(dá)到一定程度后,開始緩慢下沉并周期性斷裂跨落,礫巖層的斷裂跨落對下

6、部的煤巖體產(chǎn)生沖擊載荷,從而加劇了4層煤工作面煤體的應(yīng)力集中程度,導(dǎo)致4層煤工作面沖擊危險(xiǎn)增強(qiáng),因此,巨厚礫巖層是發(fā)生沖擊地壓的主要力源。 （二）沖擊地壓發(fā)生外因 1、采深大應(yīng)力高 該煤礦首次沖擊地壓發(fā)生在-538 m水平,垂深為668 m,即沖擊地壓發(fā)生臨界深度為668m,開采大于該深度就有可能發(fā)生沖擊地壓。目前礦井最大開采深度為1230m, 4層煤工作面開采深度已達(dá)970m,已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過該深度。隨著4層煤工作面采深的加大,自重應(yīng)力已超過4層煤的抗壓強(qiáng)度,較高的原巖應(yīng)力易使煤體產(chǎn)生應(yīng)力集中而破壞。 2、煤柱集中應(yīng)力的影響 為滿足煤層防火的要求,相鄰采區(qū)之間和上下階段之間留有采區(qū)和階段隔離煤柱,

7、現(xiàn)場實(shí)測和數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明, 4層煤柱應(yīng)力集中峰值范圍為712m,當(dāng)煤柱尺寸>12 m后,在煤柱內(nèi)部將產(chǎn)生疊加應(yīng)力,從而為煤柱沖擊提供了基礎(chǔ)應(yīng)力條件。 3、工作面采動集中應(yīng)力和周期來壓的影響 觀測結(jié)果表明, 4層煤工作面超前支承壓力集中范圍為535m,應(yīng)力集中系數(shù)為2. 5,但上方礫巖層的超前壓力影響范圍達(dá)120m。因此, 4層煤工作面采動集中應(yīng)力對工作面影響較為明顯。4層煤分層開采時上分層工作面周期來壓強(qiáng)度最大達(dá)510 kn/m2,來壓較為強(qiáng)烈。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 4層煤沖擊地壓83%發(fā)生在頂板來壓期間,且對工作面超前壓力影響范圍破壞最為嚴(yán)重。 4、工作面推采速度的影響 回采工作面推采過大

8、后,工作面煤體集中應(yīng)力得不到及時釋放,容易造成應(yīng)力集中,因此工作面推采速度也是影響沖擊地壓發(fā)生的因素之一。 (5)放炮誘發(fā) 回采工作面放炮容易造成煤巖體能量釋放,因此工作面放炮是誘發(fā)沖擊地壓的主要工序,據(jù)統(tǒng)計(jì),煤礦放炮誘發(fā)沖擊地壓占75%以上。 3沖擊地壓的影響因素 隨著煤礦開采深度的逐年增加，煤巖動力現(xiàn)象逐漸顯現(xiàn)并趨于嚴(yán)重。對擊地壓發(fā)生的原因是多方面的，通過系統(tǒng)的分析翻究總結(jié)影響該煤礦煤巖沖擊現(xiàn)象的主要因素為： 1、煤(巖)的性質(zhì)。該煤礦煤的沖擊傾向性為強(qiáng)沖擊傾向。 2、圍巖性質(zhì)。主要是頂板巖性和厚度及其吞煤層開采后的可冒性，是影響沖擊地壓的重要因素。特別是基本頂為厚層砂巖或其他堅(jiān)硬巖層、確

9、板也是堅(jiān)硬巖層結(jié)構(gòu)的煤層更具沖擊危險(xiǎn)性。 3、開采深度。開采深度愈大，煤體應(yīng)力愈高，煤體變形和積蓄的彈性能也愈大。該煤礦93上04工作面目前開采深度在685 m，具有開采深度大的特點(diǎn)。 4、地質(zhì)構(gòu)造的影響。通常，在地質(zhì)構(gòu)造帶日中尚存有一部分地殼運(yùn)動的殘余應(yīng)力，形成構(gòu)造力。在煤礦中常有斷層、褶曲和局部異常帶，沖地壓常發(fā)生在這些構(gòu)造應(yīng)力集中的區(qū)域。該煤礦西部基本上是一單斜構(gòu)造，故垂直和水平應(yīng)力均，壓應(yīng)力，最易發(fā)生沖擊地壓現(xiàn)象。 5、采煤方法的影響。采用綜放開采技術(shù)進(jìn)季生產(chǎn)的礦井，其影響范圍大(一般工作面超前承壓力影響范圍達(dá)60 m以上)，應(yīng)力絕對值增加但集中程度降低。相對而言，綜放開采工作面的沖擊地壓危險(xiǎn)性比單一煤層或分層開采的工作面的擊地壓危險(xiǎn)性小一些，但由于其影響范圍大，故工作面周圍的沖擊地壓危險(xiǎn)性將會升高。 6、煤柱的影響。產(chǎn)生應(yīng)力集中的地點(diǎn)、孤島形和半島形煤柱可能受幾個方向集中應(yīng)力的疊加作用，因而在煤柱附近最易發(fā)生沖擊地壓。該煤礦93上04工作面采用3條巷道布置且中間巷沿3上層頂板布置，中間巷與回風(fēng)巷及運(yùn)輸巷的距離分別為60，91 m，開采煤層平均厚度521 m，所以中間巷與回風(fēng)巷的煤柱寬度正處在煤柱沖擊危險(xiǎn)的臨界寬度范圍內(nèi)。 總結(jié): 本文提出了實(shí)用的沖擊地壓的評價(jià)及預(yù)測方法、實(shí)用解危措施和相應(yīng)沖擊壓治理效果檢驗(yàn)措施以及沖擊地壓應(yīng)急預(yù)案